[发明专利]用于硅淀积的外延反应器

说明书

技术领域

本发明主要涉及硅淀积。更具体地，本发明涉及一种用于硅淀积的可扩展、高吞吐量、多腔批量型外延反应器。

背景技术

由使用化石燃料引起的负面环境影响以及化石燃料不断上升的成本导致对洁净、廉价替代能源的迫切需求。在不同形式的替代能源中，太阳能由于其洁净性及广泛可用性而深受喜爱。

太阳能电池使用光电效应将光转化为电。存在一些基本的太阳能电池结构，包括单独p-n结、p-i-n/n-i-p以及多结。典型的单p-n结结构包括相似材料的p型掺杂层和n型掺杂层。异质结结构包括不同带隙材料的至少两个层。p-i-n/n-i-p结构包括p型掺杂层、n型掺杂层以及夹在所述p层和n层之间的可选本征(未掺杂)半导体层(i层)。多结结构包括一个叠置在另一个之上的不同带隙的多个半导体层。

在太阳能电池中，光在p-n结附近吸收产生载流子。载流子扩散到p-n结中，且由自建电场将其分开，因而产生穿过器件及外部电路的电流。确定太阳能电池质量的一个重要度量是其能量转换效率，把当太阳能电池连接到电路时所转换的能量(从吸收的光到电能)与所收集的能量的比定义为能量转换效率。

可用于构建太阳能电池的材料包括非晶硅(a-Si)、多晶硅(poly-Si)、晶体硅(晶体Si)以及碲化镉(CdTe)等。图1例示了典型晶体硅薄膜太阳能电池。太阳能电池100包括低品位晶体Si衬底102、p型掺杂单晶Si层104、n⁺硅发射极层106、正面电极108以及Al背面电极110。图1中的箭头标示了入射太阳光。

基于工业调查，基于晶体Si晶片的太阳能电池占市场的近90％。然而，生产基于晶体Si晶片的太阳能电池的成本较高，且在锭切割以及晶片抛光工艺中的Si材料的浪费导致了晶体Si晶片供应的瓶颈。由于Si材料的剧增价格和供应短缺，已经极大地关注于以替代方式制作太阳能电池。近来，光伏薄膜技术由于其能够显著降低所使用材料的量且因而降低太阳能电池的成本而引起了很大的关注。在各种竞争技术中，单晶Si薄膜太阳能电池由于其低成本及高效率吸引了很大的关注。

单晶Si薄膜太阳能电池可使用传统半导体外延技术生产，这不仅降低了生产成本，也允许太阳能电池的发射极、吸收体以及背表面场中灵活的掺杂水平，因而增强了其效率。在实验室中已经验证了具有高达17％的效率的单晶Si薄膜太阳能电池(参见M.Reutuer等，″17％Efficient 50μm Thick Solar Cells，″Technical Digest，17th International Photovoltaic Science and Engineering Conference，Fukuoka，Japan，第424页)。

可使用Si外延生产高质量单晶Si薄膜，Si外延已广泛使用于半导体产业中以制造用于CMOS集成电路、功率器件以及高压分立器件的高质量单晶Si层。在可能的Si外延淀积技术中，基于三氯硅烷(TCS)的化学气相淀积(CVD)能够提供高达10μm/分钟的淀积速率。因此，可以获得用于太阳能电池应用的高吞吐量、低成本的外延工艺。

然而，缺乏合适的Si外延工具来满足对于厚度达几十微米的Si膜层的高吞吐量以及低淀积成本的需求(正如太阳能电池产业所要求的那样)。现有的Si外延工具，例如美国加利福尼亚州圣克拉拉市Applied Material Inc.的AMC7810^TM和Centura5200^TM、美国加利福尼亚州特雷西Moore Epitaxial Inc.的MT7700^TM、意大利LPE Epitaxial Technology的PE2061^TM以及荷兰ASM International的Epsilon3200^TM，已经针对半导体器件制造需求而进行了优化。虽然这些外延工具可以交付具有最高质量的Si膜，但是在吞吐量和气体转化效率方面，这些工具与太阳能电池产业的经济状况不相容。